Två år efter idén kristalliserar forskare tid, öppnar nytt utrymme

'Arbetet tar upp några av de mest grundläggande frågorna om materiens natur.'

Prof. Shivaji Sondhi

Två grupper av forskare, baserade vid Harvard University och University of Maryland, rapporterade i Nature den 9 mars att de hade skapat 'tidskristaller': något som till synes direkt ur science fiction, med strukturer där atomer och molekyler är ordnade över rum och tid .

Jordan Belfort lön

Den teoretiska grunden för existensen av tidskristaller fastställdes 2015 av Prof Shivaji Sondhi, teoretisk fysiker vid Princeton, hans dåvarande doktorand Vedika Khemani (som också var en del av Harvard-teamet som publicerade i Nature) och Achilleas Lazarides och Roderich Moessner vid Max Planck-institutet i Dresden, Tyskland.

I en e-postintervju förklarade professor Shivaji Sondhi för Anuradha Mascarens betydelsen av att bygga en klass av kristaller som en gång ansågs omöjliga att skapa.

Vad är tidskristaller? Varför är det viktigt att de har skapats?

Tidskristaller är system där rummets roll i vanliga kristaller ersätts av tid. I vanliga kristaller uppvisar ett mycket stort antal atomer — i princip ett oändligt antal — periodicitet i rymden; i tidskristaller visar de periodicitet i tid. Deras betydelse ligger i denna ersättning av rum med tid - vilket är nytt, förverkligande av en idé om nobelisten Frank Wilczek. Begreppet tidskristaller uppstod med Wilczek vid Massachusetts Institute of Technology 1975. I en vanlig kristall, som bordssalt, är atomer ordnade i ett upprepande mönster. Interaktioner mellan närliggande atomer håller kristallen stel och förhindrar att den löses upp i ingenting vid minsta skakning. Borde det då inte också finnas kristaller som bryter translationssymmetri i tid? Atomer rör sig i tiden, men istället för att röra sig på ett flytande eller kontinuerligt sätt, rör de sig på ett periodiskt sätt. Det var en idé som ledde till debatter om sådana kristaller kunde existera.

VANLIGA KRISTALLER vs TIDSKRISTALLER: Princeton-forskare gav den teoretiska förståelsen som ledde till skapandet av tidskristaller som rapporterats i Nature av två grupper av forskare. Bild: Emily Edwards, University of Maryland via Princeton University pressmeddelande.

Hur förändrar den nya upptäckten sätt att tänka om materia?

Verket tar upp några av de mest grundläggande frågorna om materiens natur. Normalt tänker man på materia i jämvikt - hur den lägger sig när den lämnas orörd. De som har skapats involverar ständig interaktion med omvärlden och ändå finner vi att de kan visa mycket distinkt beteende som är matematiskt exakt. Detta är nytt för ett kvantsystem.

Hur skapades tidskristallerna? Vad efter denna upptäckt?

Vårt arbete upptäckte den väsentliga fysiken för hur tidskristaller fungerar. Upptäckten bygger på en uppsättning utvecklingar som tar upp frågan om hur vi förstår komplexa system in och ut ur jämvikt - vilket är centralt viktigt för hur fysiker förklarar den vardagliga världens natur. Båda experimenten bygger på mycket arbete under det senaste decenniet och mer på att kontrollera små kvantsystem. Så även om de fick det att se enkelt ut, låg det mycket arbete bakom. Båda tidningarna har 26 författare mellan sig! Som ett resultat av dessa teoretiska studier började två grupper av experimentörer att försöka bygga tidskristaller i laboratoriet. Det Harvard-baserade teamet använde en experimentell uppsättning som innebar att skapa ett konstgjort galler i en syntetisk diamant. Ett annat tillvägagångssätt vid University of Maryland använde en kedja av laddade partiklar som kallas ytterbiumjoner.

Jag tror att vi kommer att se fler nya faser av materia som produceras av den här typen av experimentellt arbete. De kommer inte alla att vara tidskristaller men de kommer att dela funktionen att de inte existerar om materia lämnas ifred. De kan också så småningom hjälpa till att skydda information i futuristiska enheter som kallas kvantdatorer.

(Redigerade utdrag från intervjun)

Dela Med Dina Vänner: